python线程join方法原理解析

1. 线程的概念

线程是计算机执行的最小单位，是进程中的一个实体，是进程中的一个执行流，是CPU的基本调度单位。线程自己不拥有系统资源，只拥有在运行中必不可少的一些资源（如程序计数器、一组寄存器和栈），但是它可与同属一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源。

Python提供了多线程编程的支持，可以通过threading模块创建线程。

2. join方法的概念

join方法是线程类（threading.Thread）的一个方法，用于阻塞主线程，等待子线程执行完毕。

class threading.Thread(group=None, target=None, name=None, args=(), kwargs={}, *, daemon=None)

    def join(self, timeout=None):
        """
        Wait until the thread terminates.
        This blocks the calling thread until the thread whose join() method is called terminates.
        """
        if timeout is None:
            self._wait_for_tstate_lock()
        else:
            # ...

在调用join方法时，主线程会等待被调用的子线程执行完毕，才会继续往下执行。如果子线程不调用join方法，主线程就会继续执行，不会等待子线程。

3. join方法的原理

在Python的threading模块中，join方法实际上就是通过调用_thread模块中的start_new_thread函数来创建线程，然后在子线程中调用threading模块中的_current_thread函数来等待子线程执行完毕。

3.1 创建线程

在调用join方法时，首先会获取当前线程，然后创建新的线程。可以通过子线程的start方法来启动线程：

import threading

def worker():
    print("Worker")
    
thread = threading.Thread(target=worker)
thread.start()

上述代码中，创建了一个名为thread的新线程，并指定target为worker函数。worker函数是子线程执行的任务，这里只简单地打印了"Worker"。

3.2 等待线程

在子线程中调用join方法时，会通过调用threading模块中的_current_thread函数来等待线程的结束：

import threading

def worker():
    print("Worker")
    
thread = threading.Thread(target=worker)
thread.start()
thread.join()
print("Main Thread")

上述代码中，子线程通过join方法来等待线程的结束，然后主线程才会继续执行打印"Main Thread"。如果去掉join方法，会发现主线程会先于子线程结束。

3.3 join方法的超时参数

join方法还可以传入一个超时参数（单位为秒），表示等待线程的最大时间。如果线程在超时时间内没有执行完毕，则join方法会返回。超时参数为可选参数，默认为None。

例如：

import threading

def worker():
    import time
    time.sleep(2)
    print("Worker")
    
thread = threading.Thread(target=worker)
thread.start()
thread.join(timeout=1)
print("Main Thread")

在上述代码中，子线程会等待2秒钟后才会打印"Worker"，而主线程在等待了1秒钟后就继续打印"Main Thread"，不会等待整个2秒钟。

4. join方法的应用场景

join方法主要用于等待子线程的结束，常见的应用场景有：

主线程需要等待子线程完成某个任务后再继续执行后续代码。

多个子线程之间需要协同工作，其中一个子线程的执行依赖于其他子线程。

例如：

import threading

def worker(task):
    print("Worker", task)
thread1 = threading.Thread(target=worker, args=("A",))
thread2 = threading.Thread(target=worker, args=("B",))
thread3 = threading.Thread(target=worker, args=("C",))
thread1.start()
thread2.start()
thread3.start()
thread1.join()
thread2.join()
thread3.join()
print("Main Thread")

上述代码中，创建了三个子线程，并分别传入不同的任务（A、B、C）。主线程需要等待所有子线程都执行完毕后才会打印"Main Thread"。

5. 总结

join方法是线程的一个重要方法，可以用于阻塞主线程等待子线程的结束。它的原理是通过创建线程和等待线程的方式来实现。join方法在多线程编程中非常有用，可以用于任务的协同工作和主线程的等待。